So wählen Sie die geeignete Cloud-IoT-Plattform aus

Ihre Cloud-IoT-Plattform muss IoT-Endpunkte und Ereignisdatenströme überwachen, Daten am Rand und in der Cloud analysieren und die Entwicklung und Bereitstellung von Anwendungen ermöglichen. [...]

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IoT, das Internet der Dinge, ist derzeit eines der am meisten gehypten Konzepte der IT-Welt. Cloud-IoT-Plattformen könnten das IoT auf der Hype-Skala sogar noch übertreffen. Dennoch bieten beide reale Anwendungen und könnten für Ihr Unternehmen wichtig werden. In diesem Artikel werden wir IoT und Cloud-IoT-Plattformen ohne allzu viele technische Details definieren und dann erörtern, was Sie von einer Cloud-IoT-Plattform erwarten und wie Sie eine auswählen.

Die einfachste Erklärung zu IoT ist, dass es sich um physische Gegenstände handelt, die mit dem Internet verbunden werden können. Diese Dinge können über Sensoren verfügen, die verschiedene Parameter messen und diese Daten über das Internet versenden, in der Regel zurück an einen entfernten bzw. „Edge„-Server, der sich in derselben Region befindet. Internet-Gegenstände können auch Anweisungen über das Internet entgegennehmen und entsprechend ausführen. Am nützlichsten ist, dass die physischen Dinge, die das IoT ausmachen, sowohl Messungen senden als auch Anweisungen empfangen können.

So könnte beispielsweise ein „intelligenter“, mit dem Internet verbundener Bodenfeuchtigkeitssensor seine Messwerte in regelmäßigen Abständen melden, und immer dann, wenn der Boden auf einem Feld zu trocken ist, ein mit dem Internet verbundenes Wasserventil öffnen. Bei ausreichender Bodenfeuchtigkeit würde sich das Ventil wieder schließen.

Der Feuchtigkeitssensor und das Wasserventil könnten an dasselbe „Edge Computing„-Gerät oder denselben Knotenpunkt angeschlossen werden, der mit dem Internet kommuniziert, oder sie könnten an verschiedene Knotenpunkte angeschlossen werden, da für ein großes Feld wahrscheinlich viele Bodenfeuchtigkeitssensoren eingesetzt werden, während für jedes Feld nur ein zentrales Bewässerungssystem erforderlich wäre.

Wie verhält sich das IoT zur Cloud?

„Das Internet“ ist natürlich kein Endpunkt, sondern eine zusammenhängende Sammlung von Netzwerken, über die Daten übertragen werden. Beim IoT befinden sich die entfernten Endpunkte oft in einem Cloud-Server und nicht in einem einzelnen Server in einem privaten Rechenzentrum. Die Bereitstellung in einer Cloud ist nicht unbedingt erforderlich, wenn es nur darum geht, die Bodenfeuchtigkeit an einer Reihe von Standorten zu messen, aber sie kann sehr nützlich sein.

Angenommen, die Sensoren messen nicht nur die Bodenfeuchtigkeit, sondern auch die Bodentemperatur, die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit. Nehmen wir an, dass der Server Daten von Tausenden von Sensoren aufnimmt und auch eine Vorhersage vom Wetterdienst liest. Wenn Sie den Server in einer Cloud betreiben, können Sie all diese Daten in einen Cloud-Speicher leiten und sie für eine maschinelle Lernvorhersage des optimalen Wasserflusses verwenden. Dieses Modell kann so ausgefeilt und skalierbar sein, wie Sie es wünschen.

Darüber hinaus bietet die Ausführung in der Cloud Einsparungen. Wenn die Sensormeldungen einmal pro Stunde eingehen, muss der Server für den Rest der Stunde nicht aktiv sein. In einer „serverlosen“ Cloud-Konfiguration führen die eingehenden Daten dazu, dass eine Funktion gestartet wird, um die Daten zu speichern, und dann ihre Ressourcen freigibt. Eine andere Funktion wird nach einer Verzögerung aktiviert, um die neuen Daten zu aggregieren und zu verarbeiten und den Sollwert für den Bewässerungswasserfluss nach Bedarf zu ändern. Dann gibt auch sie ihre Ressourcen frei.

Lokale vs. dezentrale IoT-Rückkopplungsschleifen

In unserem Bewässerungsbeispiel funktioniert das System auch dann noch, wenn die Antwortzeit des Cloud-Servers eine Stunde beträgt. Andere Systeme sind viel weniger tolerant gegenüber Verzögerungen.

Nehmen wir zum Beispiel ein selbstfahrendes Auto: Es beobachtet ständig die Straße, erkennt Hindernisse und misst seinen Standort. Es sendet zwar ständig Daten an die Cloud, aber es kann sich nicht auf einen entfernten Server verlassen, um Gas, Bremsen oder Lenkung einzustellen. Das muss alles lokal geschehen.

Dies ist eine der wichtigsten Lektionen in einem Kurs zur Einführung in die Steuerungstechnik: Bringen Sie die Kontrollschleifen auf die niedrigstmögliche Ebene. Ja, ein Fernüberwacher kann den Zielsollwert oder den Routenplan ändern, aber das Auto selbst muss sich um alle zeitkritischen Aktionen kümmern.

Wesentliche Cloud-IoT-Funktionen

Eine Cloud-IoT-Plattform muss IoT-Endpunkte und Ereignisströme überwachen, Daten am Rand und in der Cloud analysieren und die Entwicklung und Bereitstellung von Anwendungen ermöglichen. Dies sind die wesentlichen Funktionen, die für praktisch jede IoT-Implementierung erforderlich sind.

Um die Datenanalyse und Anwendungsentwicklung in der Cloud zu ermöglichen, benötigt die IoT-Plattform Zugang zu Cloud-Speicher. Bei industriellen IoT-Geräten und -Fahrzeugen müssen mitunter große Datenmengen gespeichert werden, die jedoch für langfristige Analysezwecke gefiltert oder zusammengefasst werden können. Das industrielle IoT kann auch eine Herausforderung in Bezug auf Netzwerk- und Protokollkonvertierungen darstellen. Die altmodischen programmierbaren Industriesteuerungen sind nicht für Ethernet und TCP/IP ausgelegt.

Ein weiterer Teil des Puzzles ist der Transport der Daten von den Edge-Geräten zur Cloud-Plattform. Für Anwendungen in Innenräumen können Sie oft kabelgebundenes Ethernet oder Wi-Fi verwenden. Bei Außenanwendungen, wie z. B. in der Landwirtschaft, ist die Verwendung von Mobilfunkdaten üblich, wobei M2M-Tarife (Machine-to-Machine) anstelle der viel teureren Handytarife zum Einsatz kommen.

Verwaltete IoT-Konnektivitätsdienste können bei diesem Teil helfen. Bei einigen dieser Dienste geht es hauptsächlich um die Verwaltung von SIM-Karten und zugehörigen Daten; umfassendere IoT-Konnektivitätsplattformen befassen sich auch mit Betriebssystemen und Agenten für Edge-Geräte. Aber Vorsicht! Einige ausgereifte M2M-Dienste haben „IoT“ zu ihrem Branding hinzugefügt, ohne wirkliche IoT-Funktionen zu bieten.

Wichtige Cloud-IoT-Anbieter und -Produkte

Die folgenden sieben Anbieter bieten IoT-Plattformen an, die eine Bewertung wert sein könnten. Diese Liste ist keineswegs vollständig, und die Aufnahme in diese Liste stellt auch keine Empfehlung dar. Wenn Sie bereits in industrielle Steuerungssysteme oder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) investiert haben, sollten Sie industrielle IoT-Plattformen (IIoT) in Betracht ziehen.

AWS IoT: Amazon bietet ein breites und tiefes Sortiment an IoT-Diensten. Für Geräte können Sie FreeRTOS oder IoT Greengrass in Betracht ziehen. Für Konnektivität und Steuerung: IoT Core, IoT Device Defender und IoT Device Management. Für Analysen bieten sich IoT Analytics, IoT SiteWise, IoT Events und IoT Things Graph an. Mit AWS können Sie auch Modelle für maschinelles Lernen in der Cloud erstellen, sie verdichten und auf Geräten bereitstellen.

Ayla Agile IoT Platform: Ayla hat seine IoT-Plattform so konzipiert, dass sie eine Grundlage bietet, die es jedem Gerätehersteller ermöglicht, nicht nur intelligente Produkte zu entwickeln, sondern auch IoT-Dienste für seine Endnutzer. Ayla liefert drei Hauptkomponenten: eingebettete Agenten, Cloud-Services und Anwendungsbibliotheken.

Google Cloud IoT: Google Cloud bietet eine End-to-End-Plattform für das IoT. Sie umfasst Geräte- und Gateway-Unterstützung und -Verwaltung durch IoT Core (einschließlich MQTT für die Datenaufnahme), Cloud Logging, Cloud Dataflow für Streaming- und Batch-Analysen und Cloud Pub/Sub für die Verbindung und Verwaltung der Datenaufnahme. Auf der Seite der Datenspeicherung und -analyse bietet Google Cloud BigQuery für Data Warehousing, Bigtable für Daten mit hohem Durchsatz und Cloud ML Engine für maschinelles Lernen und KI.

IBM Cloud IoT: IBM bietet drei IoT-Produkte an: IBM Watson IoT Platform, IBM Maximo und IBM TRIRIGA. IBM Watson IoT Platform ermöglicht die Verbindung von IoT-Geräten, Netzwerken und Gateways, die Verwaltung und Integration von IoT-Daten sowie die Durchführung von prädiktiven Echtzeit- und Edge-Analysen von Benutzer-, Maschinen- und Umweltdaten, einschließlich maschinellem Lernen und kognitiven APIs. Die IBM Maximo Application Suite bietet intelligentes Asset Management, Überwachung, vorausschauende Wartung, Computer Vision, Sicherheit und Zuverlässigkeit. IBM TRIRIGA ist eine integrierte Arbeitsplatzmanagementlösung.

Microsoft Azure IoT: Azure bietet acht IoT-Dienste, vier für Konnektivität und Analysen und vier für Edge– und Geräteunterstützung. Azure IoT Hub bietet ein in der Cloud gehostetes Lösungs-Backend, um praktisch jedes Gerät anzuschließen. IoT Central ist eine IoT-App-Plattform, die mithilfe von Konnektoren zu Geschäftsanwendungen und öffentlichen Erweiterungs-APIs Geräteeinblicke mit Entscheidungsfindung kombinieren kann. Time Series Insights hilft Ihnen, Ihre gesammelten IoT-Daten zu analysieren, zu speichern und zu verwalten. Azure Digital Twins ermöglicht es Ihnen, eine digitale Darstellung von realen Dingen, Orten, Geschäftsprozessen und Menschen zu erstellen.

Azure IoT Edge ist ein vollständig verwalteter Dienst, der auf Azure IoT Hub aufbaut und es Ihnen ermöglicht, Ihre Cloud-Workloads – einschließlich künstlicher Intelligenz, Azure-Dienste und Dienste von Drittanbietern oder Ihre eigene Geschäftslogik – über Standardcontainer auf IoT-Edge-Geräten auszuführen. Mit Azure Sphere können Sie mikrocontrollergesteuerte Geräte sicher vom Silizium zur Cloud verbinden. Mit Windows 10 IoT Enterprise können Sie Windows verwenden, um IoT-Anwendungen mit Azure-Konnektivität zu erstellen. Azure RTOS ist eine Embedded-Entwicklungssuite mit einem kleinen, aber leistungsstarken Betriebssystem, das schnelle und zuverlässige Leistung für Mikrocontroller-betriebene Geräte bietet.

Oracle IoT Cloud Service: Die IoT Intelligent Applications Cloud von Oracle kann durch die Erfassung von Sensordaten von angeschlossenen Geräten Transparenz, Einblicke und Effizienz für Anwendungen in den Bereichen intelligente Fertigung, vernetzte Anlagen, vernetzte Logistik, Sicherheit am Arbeitsplatz und vernetzte Kundenerfahrung bieten.

OSIsoft PI System: Das OSIsoft PI System bietet Edge-to-Cloud-Datenmanagement für industrielle Abläufe. PI Core sammelt, speichert, verbessert und liefert Sensor- und zeitbasierte Daten aus kritischen Abläufen an Menschen, Plattformen und Anwendungen vor Ort. PI Edge erweitert die Datenerfassung auf entfernte Standorte und sensorfähige Geräte außerhalb Ihres lokalen Steuerungssystems. PI Cloud erweitert die Datenspeicherung und ermöglicht einen breiteren Datenzugriff durch Cloud-basierte Betriebsdatenmanagementdienste.

Überlegungen zur IoT-Plattform

Anstatt sich einfach auf eine attraktiv klingende Cloud-IoT-Plattform zu stürzen, sollten Sie zunächst Ihre eigenen Anforderungen ermitteln und einige Überwachungs-, Analyse-, Steuerungs- und Anwendungsarchitekturen skizzieren, die diese erfüllen könnten. Machen Sie sich Gedanken über die Benutzererfahrung, die Daten und die Geschäftsentscheidungen, bevor Sie sich auf die Technologie stürzen.

Versuchen Sie, die Entwicklung für ein bestimmtes Gerät, Betriebssystem, Gateway, eine Edge-Plattform, ein Netzwerk, ein Kommunikationsprotokoll, eine Cloud-Plattform oder eine Cloud-Marke zu vermeiden. Entwerfen Sie stattdessen zunächst in allgemeiner Form. Finden Sie heraus, welche Funktionen für Ihre Anwendung am wichtigsten sind, und verwenden Sie diese Liste, um Ihre Plattformauswahl zu treffen. Mit anderen Worten: Es ist ein Prozess.

Die IoT-Kosten in der Cloud lassen sich nur schwer vorhersagen und werden leicht unterschätzt. Ein Teil des Problems ist, dass die Preisgestaltung in der Cloud von Natur aus kompliziert ist. (Oft ist die einzige Möglichkeit, wirklich zu wissen, was eine Cloud-Anwendung kostet, sie einen Monat lang laufen zu lassen und die Rechnung zu sehen.) Ein weiterer Teil des Problems besteht darin, dass Cloud-IoT-Plattformen im Allgemeinen einen Einführungsrabatt anbieten. Wenn Sie sich auf die Einführungspreise verlassen, können Sie eine böse Überraschung erleben, wenn die Preise steigen. Schließlich werden die Kosten für die Datenspeicherung leicht vernachlässigt, und es ist schwierig, eine langfristige Strategie für die Entsorgung älterer, unwichtiger Daten umzusetzen.

Ein weiterer schwieriger Teil des Prozesses besteht darin, Ihre eigenen Fähigkeiten zu bewerten. Verfügen Sie über Fachwissen bei der Verwaltung von Geräten und Sensoren? Mit Kommunikationsprotokollen und Netzwerken? Bei der Architektur, dem Betrieb und der Verwaltung von Cloud-Anwendungen? Sind Ihre Mitarbeiter in der Lage, sich der Entwicklung Ihrer IoT-Anwendung zu widmen, oder haben sie wichtige laufende Aufgaben? Werden Sie neue Mitarbeiter benötigen? Sind neue Mitarbeiter mit den richtigen Fähigkeiten verfügbar?

Anhand dieser Bewertungen können Sie entscheiden, ob Sie eine voll funktionsfähige oder eine einfache Cloud-IoT-Plattform benötigen. Einige Anbieter bieten robuste, nahezu vollständige Plattformen, die sich leicht an Ihre Anwendungsanforderungen anpassen lassen. Andere Anbieter liefern einige der benötigten Komponenten, verlangen aber, dass Sie viel mehr Integration und Anpassung vornehmen, entweder intern oder durch Berater.

Ich kann gar nicht genug betonen, wie wichtig ein Proof of Concept für Ihre erste Cloud-IoT-Bereitstellung ist. Wie bei jedem anderen Projekt, das mit Softwareentwicklung zu tun hat, müssen Sie einplanen, dass Ihr erster Versuch scheitern wird, damit Sie aus Ihren Fehlern lernen und es beim nächsten Mal richtig machen können. Erst wenn Ihr Proof of Concept erfolgreich ist, können Sie mit der Skalierung beginnen.

*Martin Heller ist ein mitwirkender Redakteur und Rezensent für InfoWorld. Als ehemaliger Berater für Web- und Windows-Programmierung entwickelte er von 1986 bis 2010 Datenbanken, Software und Websites. In jüngster Zeit war er als Vizepräsident für Technologie und Bildung bei Alpha Software sowie als Vorsitzender und CEO bei Tubifi tätig.


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